Jak dobrać ogrzewanie przeciwzamrożeniowe zabezpieczenia nad- i podciśnieniowego?

Ogrzewanie przeciwzamrożeniowe zabezpieczenia nad- i podciśnieniowego dobiera się do najniższej temperatury projektowej w danym miejscu, do konstrukcji zabezpieczenia i do klasyfikacji strefy zagrożenia wybuchem. Ma ono utrzymać ciecz zabezpieczającą (zwykle wodę lub jej mieszaninę) w stanie płynnym oraz drożne kanały odpowietrzające. Jest to element bezpieczeństwa, więc obowiązuje zasada, że ogrzewanie musi być monitorowane, a jego awaria sygnalizowana, a nie odkryta po fakcie.

Po co jest zabezpieczenie i czemu mróz jest groźny

Zbiornik gazowy, w tym zbiornik z dachem membranowym, wymaga zabezpieczenia przed nadmiernym nadciśnieniem i podciśnieniem. Jednym z rozwiązań jest zabezpieczenie cieczowe: ciśnienie zadziałania wynika z wysokości słupa cieczy (orientacyjnie 10 mm słupa wody odpowiada ok. 1 mbar). Gdy gaz przekroczy ciśnienie, wypiera ciecz i uchodzi. Jeśli ciecz zamarznie, powstaje korek lodu: zabezpieczenie albo nie zadziała, albo zadziała przy znacznie wyższym ciśnieniu, niż założono. Szczegóły ryzyk dla zbiorników opisujemy w tekście o magazynie biogazu z dachem dwumembranowym.

Konstrukcje bywają różne (zawory cieczowe, zabezpieczenia mechaniczne, układy kombinowane), dlatego zawsze zaczynamy od dokumentacji producenta.

Kryteria doboru ogrzewania

1. Warunki projektowe. Przyjmuje się najniższą temperaturę, jaka może wystąpić w lokalizacji, z uwzględnieniem wiatru i dłuższych okresów mrozu. Nie wystarczy średnia zimowa; zamarzanie jest zdarzeniem skrajnym.

2. Co dokładnie ogrzewać. Nie tylko naczynie z cieczą. Zagrożone są też przewody łączące, króćce, odpowietrzniki, odpływy i armatura. Najczęstszy błąd: ogrzany zbiornik, zamarznięty odpływ.

3. Izolacja. Moc grzewcza jest tylko połową rozwiązania. Izolacja z osłoną przed wilgocią decyduje o tym, ile mocy potrzeba i czy układ będzie działał przy silnym wietrze. Zawilgocona izolacja traci właściwości.

4. Rodzaj ogrzewania. Do wyboru są zwykle: kable grzejne z regulacją (samoregulujące lub o stałej mocy), obieg ciepłej wody z instalacji technologicznej oraz pomieszczenie ogrzewane (obudowa lub kontener). Obieg ciepłej wody bywa tańszy w eksploatacji, ale zależy od pracy źródła ciepła; kable zależą od zasilania elektrycznego. Dla krytycznych punktów rozważa się układ zdublowany.

5. Strefa zagrożenia wybuchem. Jeśli element grzejny lub czujnik znajduje się w strefie zagrożonej, musi być zgodny z wymaganiami dla urządzeń w przestrzeniach zagrożonych wybuchem (dyrektywa 2014/34/UE) i mieć klasę temperaturową oraz grupę zgodne z dokumentem zabezpieczenia przed wybuchem dla obiektu (dyrektywa 1999/92/WE). Temperatura powierzchni nie może przekraczać dopuszczonej w tej strefie. Dobór wykonuje osoba z odpowiednimi kwalifikacjami, na podstawie oceny ryzyka. Zob. ATEX w biogazowni.

6. Medium. Dodanie glikolu obniża temperaturę zamarzania, ale zmienia gęstość i tym samym ciśnienie zadziałania. Trzeba to przeliczyć i uzgodnić z producentem. Dochodzą kwestie bezpieczeństwa i środowiska (utylizacja, ryzyko wycieku).

Monitoring i utrzymanie

• Czujnik temperatury w najzimniejszym punkcie układu (a nie tylko przy grzałce) z alarmem do sterowni.
• Kontrola poboru prądu przez obwód grzejny: brak poboru to brak ogrzewania, nawet jeśli wyłącznik jest załączony.
• Zasilanie z obwodu odpornego na zaniki napięcia; dla układów krytycznych zasilanie rezerwowe.
• Przegląd przed sezonem: stan izolacji i osłon, szczelność, wartości nastaw termostatu, sprawdzenie, czy ciecz jest na właściwym poziomie.
• Zapis kontroli w dzienniku eksploatacji.

Typowe błędy

Przy wątpliwościach co do doboru lub zmian w układzie zabezpieczeń trzeba odwołać się do instrukcji obiektu, dokumentacji producenta i osób uprawnionych. Przypomnienie: ten tekst opisuje kryteria, a nie zastępuje projektu ani oceny ryzyka. Bilans ciepła obiektu zimą omawiamy w tekście Bilans cieplny biogazowni zimą.

Jak zaplanować wybór krok po kroku

Dobór najlepiej prowadzić jako krótki proces decyzyjny. Najpierw zbiera się dokumentację zabezpieczenia (typ, medium, wysokość słupa cieczy, wymiary przewodów) i dane klimatyczne lokalizacji. Następnie określa się, które elementy układu mogą zamarznąć, i dla każdego wybiera się sposób ochrony: obudowę ogrzewaną, obieg ciepła lub przewód grzejny z izolacją. Potem sprawdza się wymagania stref zagrożenia wybuchem i dobiera osprzęt z właściwą certyfikacją. Na końcu projektuje się monitoring i plan przeglądów. Dokumentację zmian przechowuje się razem z dokumentem zabezpieczenia przed wybuchem, a każda modyfikacja układu zabezpieczeń powinna przejść przez ocenę ryzyka.

Pytania kontrolne dla projektanta i eksploatującego

• Jaka jest najniższa temperatura projektowa i czy uwzględniono wiatr?
• Czy wszystkie elementy z cieczą (naczynie, odpływ, przewody łączące) mają ochronę?
• Co się stanie z zabezpieczeniem, gdy zniknie zasilanie elektryczne na dłużej niż kilka godzin?
• Kto i jak szybko dowie się o awarii ogrzewania?
• Czy zmiana cieczy lub dodatków została przeliczona i zatwierdzona przez producenta?